전자회로의 청진기 멀티미터 (Multimeter)

전자회로 어딘가에 이상이 있어 보인다면 그 문제를 찾아가기 위해서 회로의 부분 부분을 확인할 필요가 있습니다. 그렇게 부분 부분 확인을 할 때 가장 먼저 찾는 계측기가 멀티미터(Multimeter)입니다. 테스터(Tester)라고도 불렀지요. 

제가 가진 멀티미터(Multimeter)들입니다. 하나가 더 있는데, 사진 찍을 때 다른 곳에 가 있었나 봅니다.

모양도 사용법도 여러 가지입니다. 사진에서 가장 오른쪽에 있는 것은 제가 13살 때부터 가지고 있던 것인데 오랜만에 꺼내 보니 고장이 나 있네요. 당시에 5천 원 정도에 산 것이었는데, 그래도 참 오래 가지고 있던 것인데 고장 났다니 아쉽네요. 당시에 5천 원은 상당히 고가였습니다. 가장 왼쪽에 있는 것은 최근에 인터넷에서 7천 원 정도에 산 것인데, 사실 멀티미터도 정말 괜찮은 것은 고가의 제품도 많습니다. 7천 원짜리도 취미 생활에 못 쓸 정도는 아니지만, 아무래도 싼 티는 나네요. 가운데 있는 것은 간단하게 가지고 다니면서 사용하는 것입니다. 

 

아무것도 몰랐을 때 손에 쥐어진 멀티미터는 그저 네모난 검은 상자 정도이겠지만, 사실 멀티미터가 측정하는 것은 그렇게 어려운 것들은 아닙니다. 회로에 있어 중요한 것들, 기본적으로 전압(Voltage)과 전류(Current)와 저항(Resistance)입니다. 이 3가지의 관계가 다들 알고 있는 옴의 법칙(Ohm's Law)입니다. 

멀티미터는 눈금으로 결과를 읽는 아날로그 멀티미터(Analog Multimeter)와 숫자가 직접 표시되는 디지털 멀티미터(Digital Multimeter)가 있습니다. 

아날로그 멀티미터입니다. 측정 단자, 기능 조정 스위치, 저항 측정에 사용되는 영점 다이얼, 바늘과 눈금으로 결과를 표시하는 표시부가 있습니다.

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디지털 멀티미터입니다. 아날로그 멀티미터와 똑갈이 측정단자와 기능 조정 스위치가 있지만, 저항 측정용 영점 다이얼은 없고, 결과는 숫자로 바로 표시가 됩니다.

이번 글에서는 멀티미터를 사용하는 방법, 전압과 전류와 저항을 어떻게 측정하는지 멀티미터의 결과를 어떻게 읽어야 하는지를 살펴보겠습니다. 

 

앞서 이야기한 것처럼 멀티미터는 저항을 측정하는 저항계(Ohm-meter), 전압을 측정하는 전압계(Volt-meter), 그리고 전류를 측정하는 전류계(Am-meter)를 합쳐 놓은 기능을 합니다. 각각의 미터는 측정하고자 하는 대상에 연결하는 방법이 있습니다. 멀티미터로 측정할 때에도 이 규칙을 동일하게 따르기 때문에 각각의 미터를 연결하는 방법을 알면 멀티미터도 어떻게 연결하는지 알 수 있게 됩니다. 

아마 중고등학교 물리 수업 시간에 조금 관심 있게 공부했던 사람은 미터의 연결 정도는 기억을 하고 있을 것입니다. 

 

저항 측정을 위한 저항계의 연결

저항을 측정하기 위하여 저항계를 연결하는 방법은 매우 간단합니다. 저항계는 측정하고자 하는 저항 양쪽 끝에 단자를 연결합니다. 저항은 극성(Polarity)이 없으므로, 빨간색 선과 검은색 선을 구분할 필요는 없습니다. 

저항을 측정하는 저항계는 측정하고자 하는 저항의 양쪽 끝에 연결을 합니다.

기본적으로 저항을 측정하는 기본 원리는 옴의 법칙의 의미서 저항 양쪽에 전압을 인가하여 저항에 흐르는 전류를 측정하는 방식이기 때문에 회로에 전원이 인가되지 않은 상태에서 측정을 합니다. 만약 회로에 전원이 인가된 상태로 저항을 측정하게 되면 회로에 가해지는 전압과 저항계에서 가해지는 전압이 함께 영향을 주어 엉뚱한 값이 측정이 됩니다. 이것을 중첩 원리(Superposition Principle)이라고 하는데, 지금은 이것에 대하여 더 자세히 이야기 하지는 않겠습니다.  

어쨌든 저항을 측정하기 위해서는 측정하고자 하는 저항의 양쪽 끝에 단자를 연결하고, 전원이 인가되지 않은 상태로 측정한다고 기억하세요. 

 

전압 측정을 위한 전압계의 연결

높이를 측정할 때, 자(ruler)를 사용하죠. 기준점을 0으로 하고, 높이를 측정하고자 하는 곳으로 자를 길게 놓습니다. 전압을 측정할 때에도, 전압의 기준점이 되는 곳에 검은색 단자를 연결하고, 그 기준점으로부터의 전압을 알고자 하는 점에 빨간색 단자를 연결합니다. 두 측정 단자의 전위차가 측정하는 전압이 됩니다. 

저항 $R$의 양쪽 끌에 인가되는 전압을 측정하는 모습입니다. 만약 위의 그림에서 $R\longrightarrow\infty$라면, 개방 전압(Open Circuit Voltage)를 측정하는 것이고, 이러한 것은 우리가 전지(Battery)의 현재 전압을 측정하는 모습과 동일한 모습입니다.

그래서 흔히 전압을 측정할 때에는 전압을 측정할 부분에 병렬로 연결한다고 말을 하는데, 다소 모호한 표현입니다. 그냥 전압의 기준에 검은 색, 그 기준으로부터의 전압차를 알고자 하는 점(노드; Node)에 빨간색 단자를 연결한다고 기억하세요. 전압은 저항의 측정과는 달리 회로가 동작 중에 측정하는 것입니다. 그래서 전압계는 회로에 별도의 전원을 가하지 않습니다. 

 

전류 측정을 위한 전류계의 연결

전류계는 잘못 연결하는 경우, 전류계에 과한 전류가 흘러서 전류계를 손상시킬 수도 있습니다. 그래서 조심스럽게 연결하여야 합니다. 

물이 물길에서 얼마나 빨리 흐르는지 알기 위해서는 물이 흐르는 중간에 무엇인가 놓아 보아야 합니다. 전류를 측정하고자 하는 경우에도 전류가 흐르는 중간에 전류계를 연결합니다. 당연히 중간에 들어가려면 전류계가 전류가 흐르는 길을 끊고 그 사이에 자리 잡아야 합니다. 전류계는 전류가 흘러 들어 오는 쪽에 빨간색 단자를, 흘러 나가는 쪽에 검은색 단자를 연결합니다. 

저항 $R$에 흐르늘 전류 $I_R$을 측정할 때 전류계를 연결하는 모습입니다. 별 모양으로 보이지 않을지는 몰라도 위의 그림에 초록색 별모양 표시된 곳의 회로를 끊고 전류계를 연결했다는 것을 눈 여겨 보세요. 전류 $I_R$은 전원으로부터 첫 번째 저항을 지나고, 전류계를 지나서, $R$을 지나기 됩니다. 이 때, $I_R$이 전류계를 지날 때에 전류계는 이것을 측정하게 됩니다.

전압 측정과 마찬가지로 전류도 회로가 동작하는 동안에 측정이 됩니다. 전류가 흐르는 길에서 지나가는 전류를 측정하기 때문에 그 전류가 흐르는 길을 측정을 위해서 끊어야 한다는 점을 기억하세요. 그래서, 전류계는 직렬 연결을 한다고 하지만, 역시 좀 모호한 표현입니다. 

 

멀티미터(Multi-meter)의 기능 전환

멀티미터는 몇 가지 서로 다른 미터들을 합쳐 놓을 것이기 때문에 각각의 기능을 전환할 필요가 있습니다. 기능을 전환하는 스위치를 사용하여 사용하는 기능 사이에 전환을 하게 됩니다. 이 스위치는 아날로그 멀티미터든 디지털 멀티미터든 거의 사용법이 동일합니다. 

멀티미터의 기능을 전환하는 스위치입니다. 왼쪽은 아날로그 멀티미터에 있는 스위치, 오른쪽은 디지털 멀티미터에 있는 스위치인데, 그렇게 달라 보이지 않지요?

멀티미터는 저항계, 전압계, 전류계의 기능을 합쳐 놓은 것이니 스위치는 이 기능들을 전환하게 됩니다. 다만, 전압계의 경우에는 직류전압을 측정하는 직류 전압계, 교류전압을 측정하는 교류 전압계로 나뉘어 4가지 기능을 전환하게 됩니다. 

직류전압 측정 범위는 DCV나 V⎓ 등과 같이 표시하고, 교류전압 측정 범위는 ACV, V~ 등과 같이 표시합니다. 일반적으로 사용하는 멀티미터는 교류전류는 측정할 수가 없어 직류전류 측정 범위만 존재하는데 DCA, DCmA, DC⎓과 같이 표시가 되어 있습니다. 저항 측정 범위는 OHM, OHMS, Ω과 같은 표시로 되어 있을 것입니다. 위 사진에 측정하는 각각에 대하여 표시해 두었습니다.

각각의 동일한 기능을 위한 범위 내에도 몇 개의 서로 다른 숫자로 표시된 범위가 존재합니다. 기본적으로 이 숫자는 선택된 범위에서 측정할 수 있는 최대값이라고 생각하면 됩니다. 예를 들어, DCV 50이라고 되어 있다면, 선택된 범위에서 측정할 수 있는 최대 범위는 직류전압 50V라고 생각하면 됩니다. A⎓ 200m라고 되어 있다면, 측정할 수 있는 직류 전류가 200mA라는 의미입니다. 이것은 모든 경우에 대부분 공통적인데, 저항 측정의 경우에는 아날로그와 디지털 방식이 조금 차이가 납니다. 디지털 방식에서는 다른 측정과 동일하게 측정할 수 있는 최대 저항값을 나타냅니다. 다시 말해서, 2k라고 표시되어 있다면 최대 2000Ω까지 측정할 수 있다는 의미이지요. 그렇지만, 아날로그 멀티미터의 경우에는 눈금에 나타난 값에 씌어 있는 값을 곱하여 값을 읽으라는 것입니다. 1000R의 범위에서 읽힌 값이 50이라면, 실제로는 50,000Ω, 즉 50kΩ이라는 것입니다. 측정 결과 읽는 방법에 다시 한번 살펴보겠습니다. 

 

측정의 순서

모든 측정에서 기본적인 순서는 범위를 가장 높은 범위에서 선택하여 측정을 시작하는 것입니다. 알지 못하는 값을 측정하는 경우에는 가장 높은 범위에서 시작을 하여 하나씩 단계를 낮추면서 측정을 마무리 합니다. 디지털 방식에서는 값으로 결과가 표시되기 때문에 대략의 측정값이 필요하다면 크게 문제가 되지 않겠지만, 아날로그 방식의 경우에는 범위가 큰 값에서 작은 값으로 내려갈 수로 더 정확한 값에 근접하게 값을 읽을 수 있기 때문에 최적 범위에서 측정하는 것이 중요합니다. 

예를 들어, 직류 전압을 측정하는 경우에는 다음 순서와 같이 됩니다. 

1. 측정 범위 스위치를 가장 높은 범위로 합니다. 위에 나와 있는 아날로그 멀티미터의 경우에는 DCV 1000입니다. 
2. 측정값의 대략값이 읽힌다면, 그 값보다는 크면서 가장 측정값에 근접한 범위를 선택합니다. 대략 값도 읽을 수 없다면 1단계씩 낮춥니다. 
3. 측정된 값이 선택된 범위의 최대값을 넘지 않는 범위에서 측정을 마칩니다. 

아날로그 멀티미터를 사용하여 저항 측정하기

요즘은 대부분 디지털 멀티미터를 많이 사용하기 때문에 이 내용은 그다지 중요하지 않을 수 있습니다만, 알아 두면 유용하게 사용할 날이 있을 것입니다.

디지털 멀티미터의 경우에는 측정하고자 하는 저항이 측정 범위만 넘지 않는다면 결과를 읽을 수 있는 숫자로 바로 표시합니다.

아날로그 멀티미터는 결과를 표시하는 바늘로 측정 결과를 표시합니다. 기본적으로 흐르는 전류를 표시하는 것이기 때문에 측정된 저항값이 표시되는 경우, 바늘이 많이 움직이면 저항값이 낮은 것입니다. 아래에 있는 멀티미터의 측정값 표시부에서 오른쪽이 아날로그 멀티미터의 표시부인데, 저항을 측정했을 때, 오른쪽 끝까지 바늘이 움직인다면 전혀 저항이 없는 0Ω (이것을 흔히 단락 또는 Short라고 부릅니다.), 왼쪽 끝에서 안 움직인다면 ∞의 저항(이것을 개방 또는 Open이라고 부르지요.)을 나타냅니다. 

아날로그 멀티미터에서 저항을 측정할 때에는 저항에 전압을 걸어 어느 정도의 전류가 흐르는지를 측정하는 것이기 때문에 먼저 0점을 잡습니다. 즉, 저항이 0일 때에 흐르는 전류로 기준점을 잡는 것입니다. 위에 있는 조작부의 사진에서 오른쪽의 아날로그 멀티미터의 조작부에 "0ΩADJ"라고 씌어 있는 다이얼이 있지요. 이것으로 0점을 잡습니다. 

다음 순서를 따릅니다.

1. 저항 측정 범위를 선택합니다. 예를 들어, kΩ 범위로 측정하기 위하여 1000R을 선택했다고 가정합니다. 
2. 측정 단자(빨간색과 검은색) 2개를 마주 댑니다. 즉, 측정 단자를 단락(Short) 시킵니다. 이 상태가 0Ω인 상태입니다. 
3. 표시부의 바늘이 0Ω을 정확히 가르키도록 "0ΩADJ" 다이얼을 조정합니다. 
4. 0점이 맞추어졌으면, 실제로 측정하고자 하는 저항을 측정 단자를 사용하여 측정을 합니다. 

측정 결과 읽기

왼쪽은 디지털 멀티미터의 표시부, 오른쪽은 아날로그 멀티미터의 표시부입니다.

디지털 멀티미터의 측정결과는 바로 숫자로 표시되지 때문에 바로 결과를 알 수 있습니다. 숫자만 알면 결과를 바로 알 수 있기 때문에 사람들은 디지털 방식을 선호하기도 합니다. 저항 20k 범위에서 2.00으로 표시가 된다면 측정된 값은 2kΩ이 됩니다. 만약 0.10으로 표시가 된다면 100Ω인 것이죠. 표시부에 1., -1., OL, OF 등으로 표시가 된다면 측정 범위를 넘어선 것입니다. 범위를 한 단계 더 높은 단계로 조정하세요. 

 

아날로그 멀티미터는 결과를 읽을 때에는 조금 생각을 하여야 합니다. 눈금이 여러 가지가 있거든요. 그런데 실제로 자주 읽게 되는 눈금은 정해져 있습니다. 위에 있는 표시부 사진 중 오른쪽에 있는 아날로그 멀티미터 표시부 사진에 주로 읽게 되는 눈금에 표시하였습니다.

가장 많이 읽는 눈금은 저항 눈금이죠. 빨간색 박스로 표시하였습니다. 오른쪽에 Ω이라고 표시되어 있지요? 눈금 그대로 읽으면 됩니다. 다만 지금 측정 범위가 1000R이라면 읽은 눈금에 1000을 곱합니다. 좀 더 익숙해지면 그냥 읽은 값에 1000을 나타내는 k(kilo)를 덧붙이게 되지요. 하늘색으로 표시된 예와 같이 바늘이 가리킨다면, 5kΩ이 측정된 것입니다. 같은 눈금이라도 100R에서 측정이 되었다면 500Ω이겠죠? 앞에서 한 번 언급되었지만, 바늘이 오른쪽으로 갈수록 작은 저항값입니다. 오른쪽부터 0Ω으로 시작하여 왼쪽의 2k를 거쳐 ∞까지 있습니다. 저항 측정의 경우 눈금이 오른쪽에서 시작해서 왼쪽으로 커진다는 점을 기억하세요. 

다음으로 파란 색 박스로 표시된 부분, ACV, DCV.A 등이 표시되어 있는 눈금입니다. 교류전압, 직류전압 또는 직류전류를 측정할 때에 읽는 눈금입니다. 눈금에 값이 3가지로 매겨져 있지요? 0부터 25까지, 0부터 10까지, 0부터 5까지. 저항 눈금과는 달리 이 눈금은 정상적으로(?) 왼쪽부터 오른쪽으로 가면서 커집니다. 그런데, 도대체 어떤 값으로 눈금을 읽는 것일까요? 어느 값으로 눈금을 읽을 것인지는 측정할 때에 어떤 측정 범위를 선택했느냐에 달려 있습니다. DCV 50 범위에서 측정된 직류 전압이라면 0~5까지의 표시된 값을 읽습니다. 다만, 최대가 50V이므로 값의 범위는 0~5가 아니라 0~50이 되는 것입니다. 표시된 값에 ×10을 해서 읽는 것이지요. 이 상태에서 하늘색 예시와 같이 바늘이 멈추었다면 DC 40V가 측정된 것입니다. DCmA 2.5의 범위에서 측정을 했다면, 0~25로 표시된 값을 읽습니다. 대신 최대값이 2.5이므로 읽힌 값에 ÷10을 하게 됩니다. 똑같은 하늘색으로 예시한 눈금은 이번에는 2mA로 읽게 됩니다. 

실제로 측정된 모습을 보면 더 좋을 텐데 오래 가지고 있던 내 아날로그 멀티미터가 이제는 그 수명을 다 해서, 그렇게 하지 못하는 것이 아쉽네요. 

 

멀티미터는 하나 가지고 있으면 유용할 때가 많이 있습니다. 특히 취미전자공학의 경우에는 회로의 문제 해결(Trouble Shooting)을 위해서 필수인 계측기입니다. 아날로그 방식을 사용하느냐 디지털 방식을 사용하느냐는 개인의 취향입니다. 아날로그 방식이 유용할 때도 있고, 디지털 방식이 유용할 때도 있으니까요. 처음 사용하기에는 고가의 멀티미터를 선택할 필요는 없습니다. 그렇게까지 정밀한 것이 필요하지도, 그렇게까지 많은 기능이 필요하지도 않기 때문이지요. 본인에게 맞는 적당한 것이 하나만 있어도 충분합니다.